工程傳熱學(xué)-第01章緒論課件

工程材料學(xué)機(jī)械類專業(yè)Tel:Email:第一章緒論第二章晶體結(jié)構(gòu)第三章結(jié)晶相圖第四章鋼鐵材料第五章塑性變形第六章熱處理第七章合金鋼第八章有色金屬第九章其他材料第十章材料選擇目錄第一章緒論工程材料簡(jiǎn)介工程材料的分類工程材料的性能本課程內(nèi)容考試方式一.什么是材料?其重要意義是什么？第一節(jié)材料及材料的重要性Nature457(7231),868-872(2009)ActaMaterialia59(2011)2243–2267Thenextgenerationultra-highdensityofinformationdatastoragematerial.Microfuelcellsmadeofglass第一節(jié)材料及材料的重要性世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，材料就是人們用來(lái)制成各種機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體。材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類的物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。在人類即將進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代，材料與能源和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱、其作用和意義尤為重要。一.什么是材料?其重要意義是什么？二.材料的重要性

1。材料是人類賴以生存和發(fā)展，征服及改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2。材料是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的標(biāo)志遠(yuǎn)古時(shí)代：石頭，獸骨，木材原始社會(huì)：火燒陶器第一節(jié)材料及材料的重要性石刀石斧半坡變體鳥紋盆越王勾踐劍2400年前主要的成份：青銅和錫，還含有少量的鉛、鐵、鎳和硫等，劍身的黑色菱形花紋是經(jīng)過硫化處理的，劍刃精磨技藝水平可同現(xiàn)在精密磨床生產(chǎn)的產(chǎn)品相媲美。

二.材料的重要性

2。材料是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的標(biāo)志

20世紀(jì)50年代：高分子材料，先進(jìn)陶瓷，復(fù)合材料

60年代：半導(dǎo)體材料

80年代：液晶，光纖

90年代：納米材料（小尺寸效應(yīng)，

面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)）第一節(jié)材料及材料的重要性第一節(jié)材料及材料的重要性PoemofTangDynasty“YellowCraneTower”withtheminimumlinewidthof5μm第二節(jié)材料分類

一、按材料用途分1工程材料：主要利用其力學(xué)性能，制造結(jié)構(gòu)件的一類材料。

主要有：建筑材料、結(jié)構(gòu)材料

力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性等2功能材料：主要利用其物理、化學(xué)性能制造器件的一類材料.

主要有：半導(dǎo)體材料（Si）磁性材料壓電材料光電材料超導(dǎo)材料二、按材料成分分

金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料

1金屬材料：純金屬和合金

純金屬：在元素周期表中帶“金”旁的元素都是金屬

合金：由兩種或兩種以上的元素組成，其中至少有一種是金屬元素，組成具有金屬性的材料：金屬性：導(dǎo)電性（自由電子）

金屬材料有兩大類：鋼鐵（黑色金屬）非鐵金屬材料（有色金屬，鐵、錳、

鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱）

3陶瓷材料：

由一種或多種金屬或非金屬的氧化物，碳化物，氮化物，硅化物及硅酸鹽組成的無(wú)機(jī)非金屬材料。

陶瓷：結(jié)構(gòu)陶瓷：Al2O3，Si3N4，SiC等功能陶瓷：鐵電，壓電等4復(fù)合材料：

由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合起來(lái)的一種固體材料。如：金屬＋C纖維

金屬＋陶瓷

特點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高、耐磨損，耐腐蝕

應(yīng)用：航空航天、化工、機(jī)械等領(lǐng)域第三節(jié)材料的性能

材料的性能主要包含以下幾個(gè)方面：力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能工藝性能材料的性能：力學(xué)性能材料在外力或能量以及環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)）作用下表現(xiàn)出反抗變形或破壞的能力。材料的主要力學(xué)性能有：

彈性強(qiáng)度塑性硬度

沖擊韌性疲勞特性耐磨性彈性與剛度彈性變形：彈性模量：線性部分斜率

σ＝E×εE＝σe/εe

材料變形曲線中的線性部分（OA）。線性部分的應(yīng)變彈性大小，即彈性極限。彈性模量表示材料抵抗彈性變形能力，是材料的剛度指標(biāo)。這是材料的固有特性，反映了材料內(nèi)部原子結(jié)合鍵的強(qiáng)弱。彈性與剛度汽車板簧強(qiáng)度與塑性屈服強(qiáng)度：σsσ0.2在BC段，σ不變，但ε持續(xù)增加。發(fā)生均勻塑性變形的開始應(yīng)力，即B點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度反映了材料抵抗塑性變形的能力，但實(shí)際上許多材料沒有明顯的屈服。此時(shí)，將殘余形變量為0.2％處的應(yīng)力定義為屈服強(qiáng)度。

記為：σ0.2=σs塑性變形：當(dāng)σ超過A點(diǎn)后，試樣除發(fā)生彈性變形外，還發(fā)生塑性變形，當(dāng)外力卸載后，材料仍保持部分殘余變形――塑性變形。強(qiáng)度與塑性抗拉強(qiáng)度：σb

塑性：斷裂前可發(fā)生永久變形的能力。塑性大小用斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率（δ）和斷面收縮率（ψ）來(lái)表示。材料屈服后，σ隨ε增加而增加。這一現(xiàn)象稱為加工硬化。到達(dá)的最大應(yīng)力點(diǎn)D。此處對(duì)應(yīng)的應(yīng)力的抗拉強(qiáng)度，記為σb。抗拉強(qiáng)度反應(yīng)材料在破斷之前所承受的最大應(yīng)力。材料發(fā)生斷裂前能承受的最大應(yīng)力。硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，反映材料抵抗局部塑性變形的能力。布氏硬度洛氏強(qiáng)度維氏強(qiáng)度莫氏硬度根據(jù)測(cè)量方法不同分：布氏硬度

用直徑D鋼球在力P的作用下壓在試樣上一定時(shí)間,壓痕直徑為d。實(shí)用于較軟的塑性材料。硬度符號(hào)：HB150HBS10/1000/30?500HBW5/750?沖擊韌性沖擊韌性是材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。用ak表示。沖擊韌性是材料強(qiáng)度和塑性綜合作用的結(jié)果。ak=mg(H2-H1)/s試樣尺寸試驗(yàn)方法疲勞強(qiáng)度

零件在低于屈服應(yīng)力的交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂是損傷的積累過程，包括疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展、瞬間斷裂三各階段。應(yīng)力大小和循環(huán)次數(shù)有關(guān)。疲勞極限，是指材料在無(wú)限次(>107)交變應(yīng)力作用下而不斷裂的最大應(yīng)力，即－N曲線開始趨于水平處對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。疲勞曲線：測(cè)量在不同的交變應(yīng)力作用下，材料發(fā)生斷裂的循環(huán)次數(shù)，即得疲勞曲線，記為：－N曲線。

愈小，N愈大巴哈馬籍油輪“威望號(hào)”斷裂沉沒過程材料的斷裂現(xiàn)象1988,aBoeing737failedafter19yearsofservice.Thefailurewascausedbyfatigue(multi-sitedamage).2009年12月22日，美國(guó)航空客機(jī)在牙買加金斯敦國(guó)際機(jī)場(chǎng)客機(jī)降落時(shí)沖出跑道后機(jī)身斷裂。斷裂韌性斷裂韌性20世紀(jì)80年代初，某電站大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸斷裂。物理性能

材料的物理性能：是指材料的具有各種物理量(熱、電、光、磁等)以及環(huán)境變化時(shí)他們的變化程度。密度與比容導(dǎo)熱性熱膨脹系數(shù)α單位體積物質(zhì)的質(zhì)量Kg/M3單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的體積M3/Kg物體內(nèi)溫度梯度為1℃/M時(shí)，在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)傳遞的熱量W/(M2.K)

溫度上升1℃時(shí)，單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量mm/(℃.mm)或℃-1

物理性能電阻與電導(dǎo)電阻溫度系數(shù)熔點(diǎn)磁導(dǎo)率物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，反映固態(tài)下原子間結(jié)合力。電阻率為單位長(zhǎng)度和單位截面積導(dǎo)體的電阻。單位是M，其倒數(shù)稱為電導(dǎo)率溫度上升1℃時(shí)，電阻率的變化系數(shù)，單位℃-1

電子導(dǎo)電的特點(diǎn)是溫度升高，電阻率上升；離子導(dǎo)電是熱激活過程，溫度升高，電阻率下降。磁通密度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化率，也是僅與材料性質(zhì)有關(guān)的固有物理量，是鐵合金、鐵氧體的特有性能?；瘜W(xué)性能材料的化學(xué)性能反映材料與各種化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性和反應(yīng)速度大小的相關(guān)參數(shù)。

工程材料主要考慮其耐腐蝕性。

材料由于周圍環(huán)境介質(zhì)侵蝕而造成的損傷和破壞均稱為腐蝕。發(fā)生腐蝕的化學(xué)過程有：

化學(xué)腐蝕(氧化)、

電化學(xué)腐蝕

應(yīng)力腐蝕工藝性能材料的工藝性能：主要反映材料生產(chǎn)或零部件加工過程的可能性或難易程度。1.材料可生產(chǎn)性：材料是否易獲得或易制備。2.鑄造性：將材料加熱得到熔體，注入較復(fù)雜的型腔后冷卻凝固，獲得零件的能力。3.鍛造性：材料進(jìn)行壓力加工(鍛造、壓延、軋制、拉拔、擠壓等)的可能性或難易程度的度量。4.焊接性：利用部分熔體，將兩塊材料連接在一起能力